DE2028279A1

DE2028279A1 - Axial thrust bearing for a horizontally running shaft, in particular an electrical machine

Info

Publication number: DE2028279A1
Application number: DE19702028279
Authority: DE
Inventors: Burimgton Ontario Galloway Leslie C (Kanada)
Original assignee: Canadian Westmghouse Co Ltd , Hamilton, Ontario (Kanada)
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1970-06-04
Publication date: 1971-02-04
Also published as: CA881394A

Description

Axisidrucklager für eine horizontal verlaufende Welle, insbesondere einer elektrischen Maschine Für die Anmeldung wird die Priorität der ent sprechenden kanadischen Patentanmeldung Serial-No. 053 599 vom 6. Juni. 1969 beansprucht, Die Erfindung betrifft Axialdrucklager für eine horizontal verlaufende, rotierende Welle, insbesondere einer elektrischen Maschine. Bekanntlich können manche Maschinen, die von großen elektrischen Maschinen angetrieben werden, während des Betriebes große Axialdruckkräfte hervorrufen. Wenn solche Maschinen direkt an die elektrische Maschine gekuppelt sind, so wirken diese Kräfte unmittelbar auf die elektrische Maschine ein, so daß zur Vermeidung von Schaden e ein Axialdrucklager vorgesehen werden muß, Durch die Erfindung wird ein einfach aufgebautes Axialdrucklager geschaffen, das die auftretenden Axialdruckkräfte aufnimmt und außerdem auf die Welle zentrierende Rückstellkräfte ausübt, durch die diese wieder in die neutrale Lage zurückgeführt wird. Gemäß der Erfindung is bei einern Axialdrucklager für eine horizontal verlaufende Welle ein auf der Welle befestigter Flansch mit senkrecht zur Wellenachse liegenden, parallel verlaufenden Stirnflächen zwischen zwei Tragsegmenten angeordnet, deren Oberflächen parallel ZlL den Stirnflächen des Flansches verlaufen und Druckflüssigkeitskammern enthalten, die einerseits über jeweils ein Rückschlagventil 1 mit einer Quelle für un-ter Druck stehende Flüssig ke Lt utrirt andererseits mil, einem Überdruckventil verbunden sind Außerdem sind die Tragsegmente von einer Wsnd umgeben deren obere Kante höher als der höchste Punkt der Druckflüssigkeitskammern verläuft.Axis pressure bearing for a horizontally extending shaft, in particular of an electrical machine For the registration, the priority is the corresponding Canadian patent application Serial-No. 053 599 of June 6th. Claimed 1969, The The invention relates to thrust bearings for a horizontally extending rotating shaft, in particular an electrical machine. It is well known that some machines can do that driven by large electrical machines, large ones during operation Cause axial compressive forces. If such machines are directly connected to the electrical machine are coupled, these forces act directly on the electrical machine a, so that a thrust bearing must be provided to avoid damage, The invention provides a simply constructed thrust bearing that absorbs the occurring axial pressure forces and also centering on the shaft Restoring forces exerted through which this returned to the neutral position will. According to the invention is in a thrust bearing for a horizontally Shaft a flange attached to the shaft with a perpendicular to the shaft axis, parallel end faces arranged between two support segments, whose Surfaces run parallel to the end faces of the flange and hydraulic fluid chambers included, on the one hand, each via a check valve 1 with a source for Pressurized liquids, on the other hand, are circulated using a pressure relief valve In addition, the support segments are surrounded by a wall, the upper one Edge higher than the highest point of the hydraulic fluid chambers.

Das Axialdrucklager ist also wie ein hydrostatisches lager aus gebildet und seine Tragseglnente wirken mit den Stirnflächen eines auf der horizontalen Welle angeordneten Flansches zusammen Nor° malerweise wird der Flansch durch die hydraulischen Kräfte im Gleichgewicht gehal-ten, Verlagert sich aber dieser Flansch in-folge von auftretenden Axialdruckkräften, so verändert sich der Abstand zu den Tragsegmenten und in dem kleiner werdenden Spalt entsteht ein höherer Druck, während der Druck in dem größer werdenden Spalt absinkt. Diese unterschiedlichen Druckverhältnisse auf beiden Stirnseiten des Flansches erzeugen eine auf den Flansch einwirkende Rückstellkraft, um diesen in die neutrale Lage zurückzuführen. Die Größe dieser Rückstel lkraft ist von der Verlagerung des Flansche d.h. der Welle abhängig. Sie wird um so größer, je mehr sich eine Stirnfläche des Flansches der Oberfläche des Tragsegmen tes nähert Dadurch wird auch eine Berührung zwischen der Oberfläche des Tragsegmentes und der Stirnfläche des Flansches vermieden.The thrust bearing is thus formed from a hydrostatic bearing and its support members work with the end faces of one on the horizontal shaft arranged flange together. Normally, the flange is made by the hydraulic Forces kept in equilibrium, but this flange shifts as a result of occurring axial pressure forces, the distance to the support segments changes and in the decreasing gap there is a higher pressure, while the pressure sinks in the growing gap. These different pressure ratios on both end faces of the flange generate a restoring force acting on the flange, in order to return it to the neutral position. The size of this restoring force depends on the displacement of the flange, i.e. the shaft. It gets bigger the closer an end face of the flange approaches the surface of the Tragsegmen tes This also creates a contact between the surface of the support segment and the Front face of the flange avoided.

Da die Tragsegmente außerdem mit einem Überdruckventil verbunden sind, werden zu große Druckstöße, welche die Anordnung mechanisch beschädigen könnten, abgefangen. In gleicher Weise verhindert das Rückschlagventil, daß Druck in das Druckflüssigkeitsversorgungssystem reflektiert werden können.Since the support segments are also connected to a pressure relief valve, excessive pressure surges, which could mechanically damage the arrangement, intercepted. In the same way, the check valve prevents pressure from entering the Hydraulic fluid supply system can be reflected.

Weiterhin liegen die Tragsegmente innerhalb eines durch die sie @@gebende Wand gebildeten Stauraums. Dadurch wird sichergestellt, daß die Druckflüssigkeitskammern unter allen Umständen mit Flüssigkeit gefüllt bleiben, auch wenn die Versorgung mit Druckflüssigkeit ausfällt und kein Flüssigkeitsdruck vorhanden ist. Auch dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Berührung zwischen dem Flansch und der Oberfläche der Tragsegmente herabgesetzt.Furthermore, the support segments lie within one through which they @@ give Wall formed storage space. This ensures that the hydraulic fluid chambers remain filled with fluid under all circumstances, even when the supply fails with hydraulic fluid and there is no fluid pressure. Also because of that increases the likelihood of unwanted contact between the flange and the surface of the support segments reduced.

Es ist zweckmäßig, jede Druckflüssigkeitskammer von einer eingenen Pumpe mit unter Druck s stehender Flüssigkeit ZU versorgens Uazu eignen sich insbesondere Volumenpumpen, z.B. Zahnradpumpen, die jeweils einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf versorgen. Als Flüssigkeit können alle für Lager bekannten Schmiermittel, insbesondere Öl, verwendet werden.It is advisable to have each hydraulic fluid chamber of its own Pumps with pressurized fluid to supply uazu are particularly suitable Volume pumps, e.g. gear pumps that each one closed Supply fluid circuit. As a liquid, all known for bearings can be used Lubricants, especially oil, can be used.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Jmialdrucklager kann zweckmäßigerweise am Ende der horizontalen Welle angeordnet sein und mit dem Traglager für die horizontale Welle, z.B. einem Gleitlager, in einem Gehäuse zusammengefaßt sein.A formed according to the invention Jmialdrucklager can expediently be arranged at the end of the horizontal shaft and with the support bearing for the horizontal Shaft, e.g. a plain bearing, can be combined in a housing.

Im folgenden sei die Erfindung anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert: Fig. 1 zeigt, teilweise geschnitten, eine perspektivische, schematische Ansicht des Axialdrucklagers; Fig. 2 zeigt im Schema einen Querschnitt durch das Axialdrucklager und das dazu gehörige Druckflüssigkeitsversorgungssystem.In the following the invention with reference to that shown in FIGS. 1 and 2 is shown Exemplary embodiment explained in more detail: Fig. 1 shows, partially in section, a perspective, schematic view of the thrust bearing; Fig. 2 shows in Scheme of a cross section through the axial thrust bearing and the associated hydraulic fluid supply system.

Die horizontale Welle 1 einer nicht dargestellten elektrischen Maschine ist in dem als Gleitlager ausgebildeten Traglager 2 gelagert. Am Ende der Welle ist außerdem ein Flansch 3 befestigt, dessen Stirnflächen 4 senkrecht zur Wellenachse stehen und parallel verlaufen. Dieser Flansch 3 wirkt als Spurring eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Axialdrucklagers 5, das mit dem Traglager 2 in einem gemeinsamen Gehäuse 6 liegt.The horizontal shaft 1 of an electrical machine, not shown is mounted in the support bearing 2, which is designed as a plain bearing. At the end of the wave a flange 3 is also attached, the end faces 4 of which are perpendicular to the shaft axis stand and run parallel. This flange 3 acts as a track ring according to FIG Invention trained axial thrust bearing 5, which with the support bearing 2 in a common Housing 6 is located.

Neben den Stirnflächen 4 des Flansches 3 liegen die beiden Tragsegmente 7 des Axialdrucklagers 5. Ihre Oberflächen verlaufen parallel zu den Stirnflächen 4 des Flansches 3 und sind mit einem passenden Lagermetall, wie z.B. Lagerweißmetall, belegt. Außerdem enthalten sie jeweils eine ringsegmentartig ausgesparte Druckflüssigkeitskammer 9.The two support segments are located next to the end faces 4 of the flange 3 7 of the axial thrust bearing 5. Their surfaces run parallel to the end faces 4 of the flange 3 and are covered with a suitable bearing metal, such as bearing white metal, proven. In addition, they each contain a pressure fluid chamber recessed like a ring segment 9.

In jede Druckflüssig1Keitskammer 9 münden zwei Zuleitungsbohrungen 10 und 11. Die eine Zuleitungsbohrung 11 ist durch ein am Tragsegment 7 befestigtes Uberspannungsventil 12 verschlossen. Die andere Zukitungsbohrung 10 führt jeweils zu den Zuleitungen 13 eines Druck flüssigkeitsversorgungssystems 14, das in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.Two feed bores open into each pressure fluid chamber 9 10 and 11. One feed line bore 11 is through a on the support segment 7 fortified Overvoltage valve 12 closed. The other zukitungsbohrung 10 leads each to the feed lines 13 of a pressure fluid supply system 14, which is shown in Fig. 2 is shown schematically.

Das gesamte Axialdrucklager 5 mit den Tragsegmenten 7 und dem eingeschlossenen Teil des Plansches 3 ist von einer Wand 15 umgeben, deren obere Kante 16 höher als der jeweils höchste Punkt 17 der Druckflüssigkeitskammern 9 ist. Diese Wand 15 bildet somit einen Stauraum für die den Druckflüssigkeitskammern 9 zugeführte Druckflüssigkeit, die in den Spalten 18.zwischen den Tragsegmenten 7 und den Stirnflächen 4 des Flansches 3 austritt. Das der Höhe der Wand 15 entsprechende Flüssigkeitsniveau ist daher auch bei Entfallen des Flüssigkeitsdruckes höher als. der höchste Punkt 17 der Druckflüssigkeitskammern 9. Diese sind daher ständig mit Flüssigkeit gefüllt, so daß eine Berührung zwischen einer Stirnfläche 4 des Plansches 3 und der Oberfläche 8;der Tragsegmente 7 nicht wahrscheinlich ist. Die bei normalem Betrieb des Axialdrucklagers 5 aus dem Spalt 18 herausfließend, unter Druck stehende Flüssigkeit fließt über die obere Kante 16 der i1and 15 in den von dem unteren Teil des Lagergehäuses 6 gebildeten gemeinsamen Ölsammelraum und wird von diesem über die Zuführungsleitung 19 wieder dem Druckflüssigkeitsversorgungssystem 14 zugeführt.The entire thrust bearing 5 with the support segments 7 and the included Part of the pool 3 is surrounded by a wall 15, the upper edge 16 of which is higher than is the highest point 17 of the hydraulic fluid chambers 9 in each case. This wall 15 forms thus a storage space for the hydraulic fluid supplied to the hydraulic fluid chambers 9, those in the columns 18 between the support segments 7 and the end faces 4 of the flange 3 exits. The liquid level corresponding to the height of the wall 15 is therefore even if there is no liquid pressure higher than. the highest point 17 of the hydraulic fluid chambers 9. These are therefore constantly filled with liquid, so that there is contact between an end face 4 of the surface 3 and the surface 8; the support segments 7 are not is likely. The normal operation of the thrust bearing 5 from the gap 18 flowing out, pressurized liquid flows over the top edge 16 of the i1and 15 in the common formed by the lower part of the bearing housing 6 Oil collecting space and is from this again via the supply line 19 to the hydraulic fluid supply system 14 supplied.

Das Druckflüssigkeitsversorgungssystem 14 enthält jeweils eine Volumenpumpe 20 für jede Druckflüssigkeitskammer 9. Beide Volumenpumpen 20, æ.B. Zahnradpumpen, werden von einem Motor 21 gemeinsam angetrieben und fördern die unter Druck stehende Flüssigkeit, wie ZeR, Öl, in einem Samrelbehälter 22 oder ber Filter 23, i Rückschlagventil 24, durch die Zuleitungen 13 und die Zuleitungsbohrungen 10 zu der Druckflüssigkeitskammer 9.The hydraulic fluid supply system 14 each contains a volume pump 20 for each hydraulic fluid chamber 9. Both volume pumps 20, æ.B. Gear pumps, are driven jointly by a motor 21 and promote the pressurized Liquid, such as ZeR, oil, in a collection container 22 or through a filter 23, i non-return valve 24, through the supply lines 13 and the supply bores 10 to the hydraulic fluid chamber 9.

Die Wirkungsweise des Axialdruckiagers 5 ist folgendermaßen: Wenn auf die Welle 1 keine Axialdruekkräfte ausgeübt werden, steht der Flansch 3 im gleichen Abstand zu den Tragsegmenten 7. Die Spalte 18 zwischen der Stirnfläche 4 des Flansches 3 und der Oberfläche 8 der Tragsegmente 7 sind also beide gleich groß. Wirkt nun auf die Welle 1 eine Axialdruckkraft ein, die den Flansch 3 in die eine oder andere Richtung verlagern will, so ändert dies den Druck in den Druckflüssigkeitskammern 9. Bewegt sich z.B. der Flansch 3 nach links, so wird der Spalt 18a zwischen der linken Stirnfläche 4 des Flansches 3 und der Oberfläche 8 des linken Tragsegmentes 7 kleiner und behindert somit den Ausfluß der Druckflüssigkeit aus der linken Druckflüssigkeitskammer 9. Dies verursacht in dieser ein Ansteigen des Druckes. Gleichzeitig wird der Spalt 18b zwischen der rechten Stirnfläche 4 und der Oberfläche 8 des rechten Tragsegmentes 7 größer und dadurch sinkt der Druck in der rechten Druckflüssigkeitskarniner 9 ab. Diese unerschiedlichen Druckverhältnisse auf beiden Stirnseiten 4 des Flansches 3 bewirken, daß eine Rückstellkraft entsteht, die den Flansch in seine ursprüngliche Lage zurückführt und außerdem verhindert, daß dieser die Oberfläche eines Tragsegmentes 7 berührt. Die Rückstellkraft wird um so größer, je mehr sich der Flnasch einer Oberfläche eines Tragsegments nähert, sie ist also von der Verlagerung der Welle abhängig.The mode of operation of the axial pressure bearing 5 is as follows: if No axial pressure forces are exerted on the shaft 1, the flange 3 is the same Distance to the support segments 7. The gap 18 between the end face 4 of the flange 3 and the surface 8 of the support segments 7 are therefore both of the same size. Works now on the shaft 1 an axial pressure force that the flange 3 in one way or the other Want to shift direction, this changes the pressure in the hydraulic fluid chambers 9. If, for example, the flange 3 moves to the left, the gap 18a between the left end face 4 of the flange 3 and the surface 8 of the left support segment 7 smaller and thus hinders the outflow of the hydraulic fluid from the left hydraulic fluid chamber 9. This causes the pressure to rise in it. At the same time the gap becomes 18b between the right end face 4 and the surface 8 of the right support segment 7 is larger and the pressure in the right hydraulic fluid canister 9 decreases as a result away. These different pressure conditions on both end faces 4 of the flange 3 cause a restoring force that the flange in its original Returns position and also prevents this from the surface of a support segment 7 touched. The restoring force is the greater, the closer the bottle is Surface of a supporting segment approaches, it is therefore from the displacement of the shaft addicted.

Das an jedem-ragsegment 7 angeordnete Überdruckventil 12, das vorher auf einen bestimmten, großen Druckwert eingestellt wurde, vermeidet, daß im Axialdrucklager Druckstöße oberhalb einer bestimmten zulässigen Höhe auftreten, die mechanische Beschädigungen des Axialdrucklagers 5 zur Folge haben könnten. In gleicher Weise verhindert das jeweils in der Zuführungsleitung 13 zum Druckflüssigkeitsversorgungssystem 14 liegende Rückschlagventil 24 eine Reflektierung von Druckwellen in das Druckflüssigkeitsversorgungssystem 14.The overpressure valve 12 arranged on each ragsegment 7, previously was set to a certain, large pressure value, avoids that in the thrust bearing Pressure surges above a certain permissible level occur, the mechanical Damage to the axial thrust bearing 5 could result. In the same way prevents this in the feed line 13 to the hydraulic fluid supply system 14 non-return valve 24 a reflection of pressure waves in the hydraulic fluid supply system 14th

Es ist außerdem zweckmäßig, in dem Druckflüssigkeitsversorgungssystem 14 eine Überwachungsvorrichtung für den dort lierrschenden Flüssigkeitsdruck vorzusehen, welche z.B. den Druck anzeigt bzw.It is also useful in the hydraulic fluid supply system 14 to provide a monitoring device for the liquid pressure flowing there, which e.g. shows the pressure or

gegebenenfalls bei Fehlen des Druckes ein Warnsignal auslösen kann. Dadurch läßt sich ein Betrieb der Flaschine bei Fehlen eines geeigneten Flüssigkeitsdruckes verhindern. Um dies zu erreichen, ist in der Zuführungsleitung 13 ein Druckschalter 25 zur Betätigung einer Warnvorrichtung bei einem bestimmten niedrigen Flüssigkeitsdruckwert angeordnet. Es kann auch über eine weitere Zuführungsleitung 26 mit einem Rückschlagventil 27 ein Reservedruckölversorgungssystem zugeschalte-t werden.-Die Lage des Rückschlagventils 24 und des Überdruckventils 12 ist so gewählt, daß Druckstöße auf das Axialdrucklager 5, die Druckstoßwellen in der Flüssigkeit hervorrufen können, praktisch auf die innerhalb der Druckflüssigkeitskammern 9 und den Zuleitungsbohrungen 10 bzw. 11 befindliche Flüssigkeit beschränkt bleiben.may trigger a warning signal in the absence of pressure. As a result, the float can be operated in the absence of a suitable fluid pressure impede. In order to achieve this, there is a pressure switch in the feed line 13 25 for actuating a warning device at a certain low liquid pressure value arranged. It can also be via a further supply line 26 with a check valve 27 a reserve pressure oil supply system can be switched on.-The position of the non-return valve 24 and the pressure relief valve 12 is chosen so that pressure surges on the thrust bearing 5, which can cause shock waves in the liquid, practically on the within the hydraulic fluid chambers 9 and the supply bores 10 and 11, respectively remaining liquid remain limited.

Dadurch ist das gemäß der Erfindung ausgebildete Axialdrucklager auch gegenüber sehr hohen, durch Belastungsstöße hervorgerufenen Drucken widerstandsfähig.As a result, the thrust bearing designed according to the invention is also Resistant to very high pressures caused by load shocks.

8 Ansprüche 2 Piguren8 claims 2 Piguren

Claims

Claims 1. Axial thrust bearing for a horizontally extending Shaft, in particular an electrical machine, characterized in that a Flange (3) attached to the shaft (1) with a perpendicular to the shaft axis, parallel end faces (4) arranged between two support segments (7) is whose surfaces (8) run parallel to the end faces (4) of the plan (3) and contain pressure fluid chambers (9), which on the one hand each have a check valve (24) with a source (14) for pressurized liquid and on the other hand are connected to a pressure relief valve (12) and that the support segments (7) of a Wall (is), the upper edge (16) of which is higher than the highest point (17) the pressure fluid chambers' (9) runs.

2. Axial thrust bearing according to claim 1, characterized in that the Pressure relief valve (12) attached to the Xragsegment (7) and via a hole (ii) with the hydraulic fluid chamber (9) is connected.

3. thrust bearing according to claim 1, characterized in that each Hydraulic fluid chamber (9) from its own pump (20) with pressurized Fluid is supplied.

4. thrust bearing according to claim 3, characterized in that the Pumps (20) are driven by a common motor (21).

5. thrust bearing according to claim 3, characterized in that as Pumps (20) volume pumps are used.

6. thrust bearing according to claim 1, characterized in that the Flange (3) is arranged on the shaft end.

7. thrust bearing according to claim 1, characterized in that the Support segments (7) in the housing (6) of a support bearing (2) for the horizontal shaft (1) are arranged.

8. thrust bearing according to claim 1, characterized in that in the supply lines (13) for the pressure fluid chambers (9) a monitoring device (25), which triggers an alarm system if there is no fluid pressure.

L e r s e i t e